《环太平洋》是发生在两个世界(平行宇宙)中的故事:其中一个另类宇宙是近未来的地球,在这个世界里,2012年11月发生了一件重大事件——第一只kaiju(一种类似与哥斯拉的巨型怪兽)由太平洋海底的一个洞穴中出现,接着攻击了人类城市。影片讲述的是这个事件发生十多年后的事情。另外一个宇宙叫做“The Anteverse”,位于怪兽出现的洞穴的另一端,在我们这个世界的海底再下面5英里的地方。
自从2012年遭受到巨型怪兽的第一次攻击后,此后数十年间,不断有怪兽从海底的未知世界冒出,攻击洛杉矶等太平洋沿岸城市。怪兽的数量和种类越来越多,攻击次数也越来越频繁,破坏程度越来越严重,人类世界始终笼罩在死亡与恐惧的阴影下。
为了抵御海洋怪兽们越来越频繁、破坏性越来越大的攻击,人类启动了一项名为“机甲猎人”(Jaeger,又称贼鸥)的军事计划,组建了一支配备有最顶尖科技装备的军队对来犯的怪兽进行有效还击。组成“机甲战士”军队的个体是武装到牙齿的巨型“机甲战士”,每个“机甲战士”由两名人类技师操控,装备有厚重的铁甲与最先进的攻击武器。
波士顿一个毫无征兆的宁静早晨，前联合国调查员格里·雷恩（布拉德·皮特 Brad Pitt 饰）驾车载着妻子凯伦（米瑞·伊诺丝 Mireille Enos 饰）和两个女儿蕾切尔（Abigail Hargrove 饰）、康妮（Sterling Jerins 饰）外出。谁知原本快乐的气氛很快变为恐慌与死亡所替代，连环的爆炸，惊恐逃散的人群，无序的车祸以及啃咬他人的丧尸，大都会波士顿转瞬沦陷。格里费劲九牛二虎之力带着妻女逃生，最终逃到联合国副秘书长所在的航母上，进而得知包括美国总统在内的数名大国首脑均已死亡，丧尸病毒业已蔓延全球。为了阻止世界毁灭，格里无奈受命，和来自哈佛的病毒学博士法斯巴克（Elyes Gabel 饰）前往病毒的源头之地寻找解除危机的办法。